El Tamiz

Si no eres parte de la solución eres parte del precipitado

Conoce tus elementos - El aluminio

Como sabéis los lectores habituales, la serie Conoce tus elementos es una de las más ambiciosas de El Tamiz: en ella recorremos la tabla periódica completa, hablando de cada uno de los elementos químicos –por qué son así, cuándo se descubrieron, para qué se utilizan, qué los hace especiales…–. En la última entrada hablamos acerca del elemento de doce protones, el magnesio; hoy nos dedicaremos al de trece protones.

El elemento de hoy es, al igual que el magnesio, un metal muy ligero. Es el metal más abundante en la corteza terrestre, y se utiliza más que casi cualquier otro por sus interesantes propiedades y su abundancia… pero hubo un tiempo en el que era más valioso que el oro, y reyes y emperadores lo guardaban con sus joyas más preciadas, antes de que se convirtiera en uno de los metales más humildes y cotidianos. Hablaremos del aluminio.

El aluminio, como he dicho, tiene trece protones. Cuando todo es “normal”, es decir, no está ionizado, tiene también trece electrones, de manera que la carga neta del átomo sea nula. Además, el núcleo contiene trece o catorce neutrones (o algunas otras combinaciones que sólo duran unos pocos nanosegundos), así que el aluminio tiene dos isótopos en cantidades apreciables: el aluminio-26 (13 protones + 13 neutrones) y el aluminio-27 (13 protones + 14 neutrones). Podría asegurar que el que tú has visto y tocado es aluminio-27, la forma estable, pero de eso hablaremos dentro de un rato.

El aluminio es un elemento especial por varias razones. En primer lugar, es extraordinariamente abundante en la corteza terrestre – fue producido por la primera generación de estrellas, y esparcido por el cosmos cuando algunas de ellas se convirtieron en supernovas. Alrededor del 8% de la corteza terrestre es aluminio: no hay otro metal más común a nuestro alrededor. Una enorme cantidad de rocas contienen aluminio, desde las más humildes como la bauxita hasta las más valiosas, como la esmeralda.

Sin embargo, al igual que el elemento inmediatamente por encima de él en la tabla periódica, el boro, el aluminio es enormemente reactivo: apenas existe puro en la naturaleza. Reacciona muy fácilmente con casi cualquier elemento que quiera obtener electrones, por ejemplo el oxígeno – de ahí que, aunque estoy seguro de que has visto aluminio, puedes estar seguro de que ese aluminio ha sido aislado artificialmente.

Aluminio

Aluminio. Crédito: RTC/Wikipedia (GPL).

Por esa razón, aunque a ti o a mí la foto de arriba no supone ninguna emoción, pues estamos muy acostumbrados a ver aluminio por todas partes, este metal tuvo que esperar mucho tiempo para ser aislado y observado así por un ser humano. Desde luego, dada su abundancia, se conocían muchos compuestos de este elemento, pero ni siquiera se sabía que había un elemento químico metálico en ellos. En la Historia Natural de Plinio el Viejo, del s. I a.C., ya se menciona una sustancia llamada alumen (que hoy conocemos como alumbre), que hace referencia a varias sales con propiedades astringentes.

Sin embargo, pasaron casi dos milenios hasta que pudo aislarse la base metálica del alumbre. Fue, naturalmente, durante la “fiebre” de búsqueda de elementos químicos del siglo XIX. Tampoco debería resultarte sorprendente saber que el descubridor de que había un elemento metálico en el alumbre fue, una vez más, Sir Humphry Davy (que aisló el anterior elemento de la tabla, el magnesio, además de muchos otros) en 1808. Davy denominó inicialmente alumio al elemento, aunque finalmente se decidió por aluminio, pero fue incapaz de aislarlo en una cantidad apreciable.

Pasarían unos años hasta que, en primer lugar, Hans Christian Ørsted lograse obtener aluminio bastante impuro en 1825 y, finalmente, Friedrich Wöhler consiguiera aislar aluminio puro en una cantidad razonable en 1827. Sin embargo, los métodos para obtener aluminio eran muy poco eficaces y requerían largos procesos químicos a elevadas temperaturas, además de funcionar sólo con determinados compuestos del aluminio y no con otros. Vamos, que conseguirlo no era tarea fácil en absoluto.

De modo que trata de imaginar cómo reaccionó la gente: se descubre un metal de color plateado y brillante que sólo existe en cantidades minúsculas en estado puro y es extraordinariamente difícil y caro de obtener. ¿Qué podía pasar? Siendo la gente como es, el aluminio pronto se convirtió en un símbolo de riqueza y un metal cotizadísimo y muy deseado. Las personas más ricas e influyentes lo guardaban como oro en paño – mejor dicho, mucho más codiciosamente que el oro.

Para que te hagas una idea, en la Exposición Universal de 1855 se exhibían barras de aluminio puro junto con las joyas de la corona francesa, para maravilla de la gente. Es más, el propio Emperador Napoleón III tenía como uno de sus más preciados tesoros un juego de platos y cubiertos de aluminio. En algunas cenas, sus invitados más apreciados y cercanos tenían el honor de comer con esta vajilla de aluminio, mientras que el resto sufrían la “humillación” de cenar en platos y con cubiertos de oro.

Otro ejemplo: probablemente conoces el obelisco en honor a George Washington erigido en Washington, D.C. en 1884. La cúspide del obelisco es de aluminio y fue, en aquel momento, la pieza de aluminio puro más grande existente en el mundo (pesa unos tres kilos). Aunque en aquel momento el precio del aluminio había empezado a bajar un poco, cada 30 gramos de la cúspide costaban aún lo mismo que el sueldo diario de uno de los trabajadores que construían el monumento, más o menos lo mismo que la plata.

Obelisco de Washington

Crédito: Diliff/Wikipedia (CC 2.5 Sharealike License)

Sin embargo, la cúspide del obelisco de Washington costaría hoy en día unos 6$. ¡Quién se lo hubiera dicho a sus constructores, no digamos ya a Napoleón III! La “culpa” de este desplome la tuvieron el ingeniero estadounidense Charles Martin Hall y el científico francés Paul Héroult. En 1886, sólo dos años después de la erección del obelisco de Washington, desarrollaron de forma independiente un método nuevo para obtener aluminio, lo que conocemos hoy como el proceso de Hall-Héroult, y que sigue utilizándose hoy de forma industrial para aislar aluminio puro.

El proceso de Hall-Héroult consiste básicamente en coger óxido de aluminio (Al2O3) y disolverlo en criolita fundida (Na3AlF6) a unos 1000° C, en una cubeta electrolítica con un ánodo de carbono. Al hacer circular la corriente eléctrica por la cubeta, el carbono se oxida y el aluminio se reduce:

2 Al2O3 + 3 C → 4 Al + 3 CO2

El dióxido de carbono burbujea en el ánodo y el aluminio fundido se va depositando en el cátodo. Como el aluminio es más denso que la criolita, va formando un “fondo de aluminio” en la cubeta que puede ir retirándose periódicamente. Aunque hace falta una enorme cantidad de energía eléctrica para producirlo (la electricidad supone entre un 20% y un 40% del precio del aluminio), el proceso de Hall-Héroult es suficientemente barato como para que el aluminio esté por todas partes.

De hecho, es el segundo metal más empleado en el mundo (detrás del hierro), y la producción mundial ronda los 32 millones de toneladas anuales. La razón, además de lo barato que resulta hoy en día, es que el aluminio tiene varias propiedades interesantes. En primer lugar, hemos dicho que se oxida fácilmente, pero al igual que el magnesio –y al contrario que, por ejemplo, el hierro– no lo hace en su totalidad. Cuando se expone al aire, se forma una fina pátina de óxido sobre la superficie, de modo que el interior del metal queda protegido contra la corrosión.

Por si te estás preguntando por qué no hay bloques de aluminio puro protegidos por capas de óxido en la corteza terrestre, ten en cuenta que originalmente ese aluminio estaba fundido: al mezclarse con oxígeno y otros elementos siendo líquido, no se forma la capa. Por eso es posible producirlo artificialmente sin que desaparezca rápidamente, sin que eso signifique que exista en la naturaleza.

De modo que el aluminio se utiliza cuando se quiere un metal que resista bien la corrosión. Sin embargo, aunque ligero, el aluminio no es muy resistente, de modo que suele alearse con otros metales para proporcionarle más consistencia. Casi todo el aluminio que se emplea en la vida cotidiana está aleado con otros metales, como el de la industria aeronáutica o automovilística, las naves espaciales, etc. Muchas veces se habla en esos casos de que algo “está hecho de aluminio” cuando realmente no es así, sino que se trata de una aleación.

El papel de aluminio (a veces mal llamado “papel de plata”) contiene, efectivamente, más de un 90% de aluminio, aunque –en parte para abaratar el coste– no suele emplearse aluminio puro, que es muy caro de producir, de modo que suele tener impurezas que no alteran demasiado sus propiedades. El papel de aluminio puede fabricarse por otra de las propiedades de este metal: lo maleable que es (pueden fabricarse láminas finas muy fácilmente). También es muy dúctil (puede estirarse en hilos largos), por lo que a veces se hacen cables de aluminio, aunque no es tan buen conductor de la electricidad como otros metales como el cobre.

Papel de aluminio

Bueno, barato y extraordinariamente reflectante.

La utilidad del papel de aluminio, además de la maleabilidad del metal, la da su alta reflectividad. El aluminio refleja más de un 90% de la radiación visible –la luz– incidente. Pero es que en el infrarrojo el aluminio refleja más del 98% de la radiación: de ahí que cuando cocinemos en el horno envolvamos las cosas con papel de aluminio (preferiblemente con la parte más brillante por dentro), para que la radiación emitida por la comida caliente no escape. Lo mismo sucede con las mantas térmicas de color plateado – permiten mantener el calor corporal, al reflejar el aluminio la radiación infrarroja que emitimos.

Pero el aluminio es especial porque, a diferencia de casi todos los metales –con honrosas excepciones, como la del oro–, mantiene esta reflectividad incluso cuando se pulveriza. Casi todos los metales pierden el brillo cuando se convierten en polvo muy fino, pero el aluminio no. De ahí que se utilice, por ejemplo, para fabricar pinturas –muy especialmente metalizadas– o para pintar espejos.

Durante cierto tiempo se pensó que el aluminio podría ser tóxico, aunque no tanto como los metales pesados. Sin embargo, con la excepción de personas que tienen alergia al metal, no se han encontrado pruebas de que pueda serlo. Sí se ha observado una mayor concentración de aluminio en zonas del cerebro afectadas por la enfermedad de Alzheimer, pero se piensa que esto puede deberse a que se acumula ahí como consecuencia de la enfermedad, y no como causa.

De hecho, se utiliza mucho para fabricar utensilios de cocina –puesto que resiste la corrosión muy bien, es ligero y conduce muy bien el calor– y, aunque durante unos años hubo cierta paranoia respecto a su uso, hoy en día no se considera peligroso utilizar objetos de aluminio para cocinar o comer. Sí es cierto que puede producir efectos perjudiciales si se consume en grandes cantidades, pero lo que pueda quedar en la comida al cocinarla en una olla de aluminio no va a hacerte ningún daño.

Pero ¿qué hay de los isótopos? Como dije al principio del artículo, existen dos: el aluminio-27 tiene 14 neutrones y es estable. Más del 99,9% del aluminio de la Tierra es aluminio-27. El aluminio-26 se produce cuando un átomo de argón es golpeado por rayos cósmicos, que lo rompen en fragmentos, uno de los cuales tiene 13 protones y 13 neutrones – aluminio-26. Sin embargo, este isótopo es inestable y su vida media es de tan sólo unos 700.000 años (“tan sólo” geológicamente hablando, claro). De hecho, se utiliza a veces para datar meteoritos: una vez el meteorito cae en la Tierra, la atmósfera lo protege de los rayos cósmicos y deja de producirse aluminio-26, de modo que la proporción de este isótopo que sigue existiendo en los meteoritos es una medida de lo “jóvenes” que son.

De modo que, la próxima vez que utilices papel de aluminio o cocines en un cazo de este paupérrimo metal, dedica una sonrisa maliciosa a Napoleón III, que se moriría de envidia al verte. Y recuerda que la producción de aluminio consume enormes cantidades de electricidad, además de liberar dióxido de carbono a la atmósfera, y las minas necesarias producen efectos inevitables sobre el entorno. El reciclaje del aluminio es económicamente rentable, pues aunque es caro no se acerca al coste de producirlo desde cero, el beneficio fundamental de reciclarlo no es tanto económico como social. No tires aluminio a la basura si puedes evitarlo: ¡Napoleón III no lo tiraría!

En la próxima entrada de la serie, el elemento de catorce protones: el silicio.

Ciencia, Conoce tus elementos, Química

19 comentarios

De: Dubitador
2007-12-27 12:22:15

Estupendo el articulo, pues creo que ha tocado los aspectos mas relevantes y resuelto alguna de las dudas y suspicacias existentes a su respecto, en particular la relacion entre el aluminio y el Alzheimer.

Me sorprende sin embargo el que se repute tan baja su toxicidad y sin embargo resulte un problema el impacto sobre la flora en el entorno de las fabricas de aluminio. Siendo como es un metal tan ubicuo y abundante, posiblementa sea tambien el de mayor implicacion por el efecto de la lluvia acida que al incrementar el efecto solvente del agua conduce a una presencia deleteria de metales en la savia de las plantas.

Es significativo el hincapie respecto a la gran cantidad de energia electrica que se requiere para obtener el aluminio, pues creo haber leido en alguna parte que por decision politica los fabricantes de aluminio obtienen la electricidad a precio muy inferior al de mercado, cosa que
tambien sucede con el precio de la electricidad domestica aunque no en la misma proporcion.

Respecto a la baja rentabilidad del reciclado del aluminio, creo que ello es predicable de practicamente todo proceso de reciclaje, fundamentalmente debido a que nada de lo que se somete a reciclado es obtenido limpio. El mero volver a fundir el aluminio limpio no puede en modo alguno resultar tanto o mas caro que el proceso industrial para obtenerlo de la mena.

Incidentalmente cabe decir que la forma como se plantea la separacion y recogida de los residuos solidos urbanos (basuras) no favorece en nada la promocion y eficiencia del reciclaje. A tal respecto seria mucho mas practico si la tarea se redujese a separar los residuos organicos de todo lo demas, disponiendo pues solo dos tipos de contenedores: uno para los residuos organicos (putrescibles) y otro para todo lo demas. Ello facilitaria mucho la colaboracion ciudadana, amen de permitir mas contenedores y fastidiando menos la estetica y logistica urbana. Los ayuntamientos deberian disponer de un centro de separacion y seleccion de residuos almacenables en naves a cual acudirian los industriales del ramo con sus camiones/contenedores pagando a tanto el quilo. Solo una politica asi tiene visos de acabar con la verguenza, despilfarro y problema enviado hacia el futuro de los eufemisticamente denominados vertederos, controlados o no.


De: david
2007-12-28 00:54:21

muy bueno el articulo, como el resto de esta serie que me encanta. y muy bién que promuevas el reciclaje. muchas gracias por ofrecernos este blog. yo no me lo pierdo ni un dia.
un saludo


De: Kent Mentolado
2008-01-02 16:19:19

Genial artículo; muy interesante como todos los de El Tamiz en general, y los de la serie 'Conoce tus elementos' en particular. He aprovechado para leerme todos los anteriores de la serie. Si me hubieran explicado la química así en el colegio... incluso me habría gustado!

Una pregunta... al cocinar algo al papillón, este algo se envuelve en una bolsa hermética de papel de alumínio. Si refleja el 98% de la radiacción térmica... como es posible que los alimentos se cocinen en su interior?


De: Pedro
2008-01-03 16:24:15

Kent,

¿como es posible que los alimentos se cocinen en su interior?

Si el envoltorio tiene la parte reflectante (pulimentada) hacia dentro, no veo el problema, porque entonces no actuará de "espejo" de la radiación infrarroja del exterior, sino del interior. Sin embargo, no sé mucho de cocina y no sé si se hace así o no -- tal vez alguien con más conocimientos "culinarios" pueda contestarte con más rigor :)


De: Benjamin
2008-01-17 20:55:53

He conocido hoy tu blog y me parece extraordinario. Espero visitarlo con frecuencia para "alimentarme intelectualmente" de él. Voy a recomendárselo a mis alumnos y alumnas.


De: xx32
2008-04-29 01:32:50

si el aluminio refleja un 80% de la luz VISIBLE, un espejo ¿cuanto refleja?


De: Mekeo
2008-05-14 15:03:39

Estoy enganchado a esta serie.
Una pregunta, si el Aluminio tiene 3 electrones en su última capa, igual que el Boro, por que se considera a uno metal y a otro semimetal ???


De: kemero
2008-11-17 20:58:47

El alumino refleja tan bien la luz que los espejos de los telescopios como el hubble son en realidad una sola pieza de alumino muy bien pulido, aunque parte de la razón de esto es que con las diferencias de temperatura que hay en el espacio del "día a la noche" la dilatación debe ser uniforme para mostrar una buena imagen.

Algo que escuche también sobre el aluminio es que en polvo es inflamable, es así? pasa como con el Magnesio?


De: Roberto Maas
2009-02-06 00:55:22

Hola: Mas que comentario es una pregunta acerca del aluminio
yo trabajo en una compania donde fabricamos cortinas parte de
los componentes es aluminio, los cuales hay que cortarlos ala medida que se requieran. Si me pueden responder el polvo or particulos que se desprenden cuando se esta cortando que tan malo es respirarlo. bueno supuestamente no es bolatil, pero cuando la cortadora esta trabajando produce aire y eso ase quelas particulas floten. por su respuesta muchas gracias


De: Pedro
2009-02-06 07:55:28

Roberto,

El aluminio no tiene la toxicidad de otros metales, y sólo parece ser dañino cuando se está expuesto a grandes cantidades, pero una de las formas de que esto suceda es precisamente inhalarlo en forma de polvo. Algunas personas son más sensibles que otras, pero yo no trabajaría cerca de ese polvo sin una máscara. Enlace con más información: http://www.upmc.com/healthAtoZ/Pages/HealthLibrary.aspx?chunkiid=177911 .


De: Adan
2009-06-30 08:54:00

"de ahí que cuando cocinemos en el horno envolvamos las cosas con papel de aluminio (preferiblemente con la parte más brillante por dentro), para que la radiación emitida por la comida caliente no escape. Lo mismo sucede con las mantas térmicas de color plateado"
Pues a mi me parece que es al contrario. Aísla el alimento del calor y permite cocinar a fuego lento. Particularmente envolver patatas con papel "de plata" y dejarlas sobre las brasas de una hoguera es delicioso ;). Ademas se pueden sacar del fuego cogiéndolas de una esquina del papel, que permanece frío.


De: julio de jesus
2009-08-03 10:24:54

ando buscando un buen papel de aluminio y quisiera provar el papel donde lo consigo lo que pasa que los que compro estan muy delgados y yo loquiero un poco grueso pero no muy grueso que onda la verdad yo ocupo casi un paquete de 50 mtrs diarios tengo un puesto de hot dogs que onda tiene tel para comunicarse


De: Dinah
2009-08-24 03:06:32

Yo tenía entendido que no había diferencia en el lado que se usar del papel aluminio, pues el que haya un lado brillante y otro opaco es solo porque pasa por dos rodillos de diferente material para "plancharlo".


De: gazpacho
2009-08-24 20:09:03

En mi pueblo mezclábamos bolitas de papel de aluminio con agua fuerte en una botella de plástico hasta que explotaba jeje Os dejo un video del "experimento"
http://www.youtube.com/watch?v=Y_BWcOlY5Io&feature=related


De: Materiales reflectantes (para tus cocinas y hornos solares) « Cocina Solar
2009-10-07 15:17:11

[...] El Tamiz el papel de aluminio refleja más de un 90% de la radiación visible –la luz– incidente. Pero [...]


De: Anónimo
2009-10-29 12:47:26

Hola Pedro.

Un apunte que te puedo contar porque trabajo en ello. El aluminio no conduce la electricidad como el cobre pero últimamente lo está desplazando en tendidos grandes por el campo, ya que el cobre debido a su elevado precio, lo roban! Sin embargo, por ahora, los cacos desprecian el aluminio. Por supuesto la sección empleada de aluminio debe ser mayor que la del cobre por su peor conductividad.

Un saludo y felicidades por esta estupenda web.


De: Sergio
2010-04-16 04:30:20

Es totalmente erroneo decir que no hay una ventaja significativa en reciclar el aluminio, la energia necesaria para fundirlo es del orden de una decima parte de la necesaria para obtenerlo por electrolisis. Puede que en dinero no cueste mucho mas gastar diez veces mas electricidad, que recoger el aluminio, pero en emisiones de carbono a la atmosfera esta diferencia es brutal. Yo me atreveria a decir que es en lo que mas nos deberiamos preocupar de reciclar, ya que es en las demas cosas que se reciclan esta diferencia es menor o no existe. Claro que si lo que nos preocupa es los vertederos o el dinero, ya podemos seguir como vamos...


De: Pedro
2010-04-16 08:12:00

Sergio, tienes razón, y no recuerdo por qué mi conclusión fue diferente, la verdad... he corregido ese párrafo. Gracias :)


De: essostre
2013-03-31 00:53:22

El enlace al silicio no funciona


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